更新时间:2024-07-01 12:21
有效核电荷是指吸引电子的净正电荷。在原子轨道中运动的电子,不仅受到核电荷的吸引作用,还受到其他电子的排斥作用,电子之间的排斥作用将减弱原子核对电子的吸引作用。
对于多电子原子,核外的一个电子不仅仅受到原子核的吸引,而且还受到其余电子的排斥作用,必定会抵消原子核对该电子的吸引,此电子实际受到的核电荷比原子序数(Z)小。电子实际受到的核电荷称为有效核电荷,用Z*表示,Z*=Z-σ。其中,Z为核电荷数,σ为屏蔽常数,通常近似于非价电子数,可用斯莱特法则近似计算。
屏蔽常数σ值的确定
以第n层电子为研究对象:(n+1)层及更外层电子的屏蔽常数为零,即σ外=0;
同层电子之间取0.35,即σn=0.35(但第一层电子之间σ第一层=0.3)。
(n一1)层对n层电子的屏蔽常数σn-1=0.85;
(n一2)层及更内层电子的屏蔽常数为1,即σn-2=1
总的屏蔽常数σ总为其余电子对指定电子屏蔽常数之和。
例:对氦原子2He,作用在某一个1s电子上的有效核电荷数:
Z*=Z-σ=2-0.3=1.7。
对钠原子11Na,电子分布是2,8,1。
作用在第一层某一个电子上的有效核电荷数:
Z*=11-0.3=10.7。
作用在第二层某一个电子上的有效核电荷数:
Z*=11-2×0.85-7×0.35=6.85。
作用在第三层那一个电子上的有效核电荷数:
Z*=11-2×1-8×0.85=2.2。
由此可见,虽然核电荷数是11,但由于其余电子的屏蔽作用,有效核电荷数差别很大。越外层的电子,其有效核电荷数越小,易于摆脱自身原子的束缚而离去或发生化学反应时参与成键。
有效核电荷随着原子序数的递增,有效核电荷呈周期性变化,如图1:
从图中可以看出:
1、有效核电荷随原子序数的增加而增加,呈现周期性变化。
2、同一周期的主族元素,从左到右,随着原子序数的增加Z*明显增加;而副族元素的Z*增加得不明显。
3、同族元素,自上而下,虽然核电荷数增加较多,但上下相邻元素的原子序数增加1个电子层屏蔽作用增大,导致有效电荷增加不多。
电子能量与有效核电荷的关系
有效核电荷的大小,反映了核对电子的约束能力,故与电子能量有关。核对电子的约束愈强,则电子的活动性就愈小,即电子的能量愈小。反之,核对电子的约束愈弱,则电子的活动性就愈大,即电子的能量愈大。电子的能量E与有效核荷的关系如下:
根据电子能量与有效核电荷的关系,可以说明多电子原子中同一电子层的电子能级的分裂。